▶ アプライド マテリアルズ インコーポレイテッドの特許一覧
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-08-14
(45)【発行日】2023-08-22
(54)【発明の名称】誘電体材料を硬化させる方法及び装置
(51)【国際特許分類】
H01L 21/318 20060101AFI20230815BHJP
H01L 21/31 20060101ALI20230815BHJP
C23C 16/42 20060101ALI20230815BHJP
H05H 1/46 20060101ALN20230815BHJP
【ＦＩ】
H01L21/318 C
H01L21/31 C
C23C16/42
H05H1/46 L
H05H1/46 M
【請求項の数】
11
(21)【出願番号】P 2022500016
(86)(22)【出願日】2020-06-19
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2022-09-27
(86)【国際出願番号】 US2020038718
(87)【国際公開番号】W WO2021003031
(87)【国際公開日】2021-01-07
【審査請求日】2022-03-01
(31)【優先権主張番号】62/869,833
(32)【優先日】2019-07-02
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(73)【特許権者】
【識別番号】390040660
【氏名又は名称】アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド
【氏名又は名称原語表記】ＡＰＰＬＩＥＤ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ，ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ
【住所又は居所原語表記】３０５０ Ｂｏｗｅｒｓ Ａｖｅｎｕｅ Ｓａｎｔａ Ｃｌａｒａ ＣＡ ９５０５４ Ｕ．Ｓ．Ａ．
(74)【代理人】
【識別番号】110002077
【氏名又は名称】園田・小林弁理士法人
(72)【発明者】
【氏名】シトラ， バーガブ エス．
(72)【発明者】
【氏名】ルブニツ， ジョシュア
(72)【発明者】
【氏名】タノス， ジェスロ
(72)【発明者】
【氏名】ネマニ， シュリニヴァス ディ．
(72)【発明者】
【氏名】ラーマスワーミ， カーティク
(72)【発明者】
【氏名】ヤン， ヤン
【審査官】鈴木 智之
(56)【参考文献】
【文献】国際公開第２０１８／２１２９９９（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２０１９－０２４０８０（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１８／１８７４２９（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特表２０１８－５０３２５９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２０１３－５３３６３９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１５－１８１１４３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２０１３－５３７７０６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００８－１５３１４７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１４－０７５５６７（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｌ ２１／３１８
Ｈ０１Ｌ ２１／３１
Ｃ２３Ｃ １６／４２
Ｈ０５Ｈ １／４６
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
集積回路構造を形成する方法であって、プロセスチャンバのプロセス領域にプロセスガスを供給することと、
前記プロセス領域に配置された高二次電子放出係数材料から形成された電極にＲＦ電力を印加することと、
前記プロセス領域にイオンを含むプラズマを生成することと、
前記電極に電子を放出させて電子ビームを形成するために、前記電極にイオンを衝突させることと、
流動性化学気相堆積の生成物である誘電体材料を硬化させるために、前記誘電体材料を前記電子ビームと接触させることと
を含む方法。
【請求項2】
前記誘電体材料は酸窒化物層である、請求項１に記載の方法。
【請求項3】
前記酸窒化物層は酸窒化ケイ素であり、酸窒化ケイ素はＳｉＯｘＮｙとして特徴づけられ、ｘは１以上及び２以下の数であり、ｙは１以上及び２以下の数である、請求項２に記載の方法。
【請求項4】
前記誘電体材料を硬化させることにより、ｘを減少させ、ｙを増加させる、請求項３に記載の方法。
【請求項5】
硬化時に、ｙとｘの比が１よりも大きい、請求項４に記載の方法。
【請求項6】
前記誘電体材料の温度は０から５００℃である、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項7】
前記プロセスチャンバの圧力は３から１００ｍＴｏｒｒである、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項8】
前記プロセスガスは、ヘリウム（Ｈｅ）、アルゴン（Ａｒ）、水素（Ｈ２）、アンモニア（ＮＨ３）、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）、メタン（ＣＨ４）、アセチレン（Ｃ２Ｈ２）、三フッ化窒素（ＮＦ３）、テトラフルオロメタン（ＣＦ４）、六フッ化硫黄（ＳＦ６）、一酸化炭素（ＣＯ）、トリフルオロメタン（ＣＨＦ３）、塩素（Ｃｌ２）、臭化水素（ＨＢｒ）、窒素（Ｎ２）又は酸素（Ｏ２）の１又は複数を含む、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項9】
前記誘電体材料に３０Ｗから５０００Ｗの量のバイアス電力を供給することを更に含む、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項10】
流動性化学気相堆積を介して基板上に前記誘電体材料を堆積させることを更に含む、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項11】
コンピュータ可読媒体であって、実行されると、プロセスチャンバに、請求項１から１０のいずれか一項に記載の集積回路構造を形成する方法を実行させるように記憶された命令を有する、コンピュータ可読媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
［０００１］本開示の実施形態は、概して、基板を硬化させてインタコネクトデバイスを形成する方法及び装置に関する。より具体的には、本明細書に記載の実施形態は、誘電体材料の電子ビーム反応性プラズマ硬化のための方法及び装置に関する。
【背景技術】
【0002】
［０００２］サブハーフミクロン以下の特徴を確実に製造することは、次世代半導体デバイスの超大規模集積（ＶＬＳＩ）及び極超大規模集積（ＵＬＳＩ）における重要な技術課題の１つである。しかし、回路技術の限界が高められる一方で、ＶＬＳＩ及びＵＬＳＩの配線技術の寸法微細化により、処理能力に対する要求が更に高まっている。基板上のゲート構造を確実に形成することは、ＶＬＳＩ及びＵＬＳＩの成功にとって、また個々の基板及びダイの回路密度と品質を高める努力を続ける上で重要である。
【0003】
［０００３］次世代デバイス及び構造の製造を実現するため、半導体チップを３次元（３D）に積層して、トランジスタの性能を向上させることがよく行われている。トランジスタを従来の２次元の代わりに３次元に配置することで、集積回路（ＩＣ）で複数のトランジスタを互いに密接に配置することができる。半導体チップを３次元（３D）に積層することで、配線の長さが短くなり、配線の遅延が低く抑えられる。トレンチ等の特徴の幅が小さくなるにつれ、半導体チップを積層する際のアスペクト比（深さを幅で割った値）が増大し続ける。トレンチ等の高アスペクト比の特徴の製造に関する１つの課題は、トレンチでの誘電体材料の堆積中のボイドの形成を避けることである。
【0004】
［０００４］トレンチを充填するために、酸化ケイ素等の誘電体材料の層が堆積される。誘電体層は通常、フィールドだけでなく、トレンチ等の特徴の壁や底部も覆う。もし、特徴が広く浅ければ、特徴を完全に充填することは難しいことではない。しかし、特徴のアスペクト比が大きくなると、トレンチの開口部が「ピンチオフ」して、特徴内にボイド又は欠陥が形成される可能性が高くなる。
【0005】
［０００５］トレンチ内に継ぎ目が形成される等、特徴内にボイド又は欠陥が形成される可能性を低減するために、欠陥を最小限に抑えて誘電体材料で特徴を充填するための多くの異なるプロセス技法が開発されてきた。堆積プロセス中のプロセス制御が悪いと、不規則な構造プロファイルになる、又はトレンチ等の特徴が早期に閉じてしまい、トレンチを誘電体材料で充填している間にトレンチにボイド又は空隙ができる。
【0006】
［０００６］流動性化学気相堆積（ＦＣＶＤ）は、ボイド又は欠陥の形成を避けながら、トレンチ等の特徴をボトムアップで充填する１つの方法である。しかし、ＦＣＶＤ法から形成された誘電体材料は不安定である場合があり、空気と反応する反応種を含み、例えば高い酸素／窒素比のような高い酸素含有量を有する材料の層を形成する問題があり得る。また、ＦＣＶＤ法で形成された膜をアニールしてもまだ不十分であり、それによって形成された誘電体膜材料の全体的な安定性及び品質が改善されず、デバイスの抵抗が増加する可能性がある。
【0007】
［０００７］従って、本発明者らは、ＦＣＶＤ法から形成される材料を改善するのに適した、改良された硬化装置及び方法を提供した。
【発明の概要】
【0008】
［０００８］基板を硬化させる及び／又はインタコネクトデバイスを形成する方法及び装置が本明細書に提供される。幾つかの実施形態では、集積回路構造を形成する方法は、プロセスチャンバのプロセス領域にプロセスガスを供給することと、プロセス領域に配置された高二次電子放出係数材料から形成された電極にＲＦ電力を印加することと、プロセス領域にイオンを含むプラズマを生成することと、電極に電子を放出させて電子ビームを形成するために、電極にイオンを衝突させることと、誘電体材料を硬化させるために、誘電体材料を電子ビームと接触させることとを含み、誘電体材料は流動性化学気相堆積の生成物である。
【0009】
［０００９］幾つかの実施形態では、統合システムは、真空基板移送チャンバと、流動性化学気相堆積用に構成され、真空基板移送チャンバに結合された堆積チャンバと、真空基板移送チャンバに結合された硬化チャンバであって、電子ビーム放射源を用いて誘電体材料を硬化させるように構成された硬化チャンバとを含む。
【0010】
［００１０］幾つかの実施形態では、コンピュータ可読媒体は、実行されると、プロセスチャンバに、集積回路構造を形成する方法を実行させる記憶された命令を有し、本方法は、プロセスチャンバのプロセス領域にプロセスガスを供給することと、プロセス領域に配置された高二次電子放出係数材料から形成された電極にＲＦ電力を印加することと、プロセス領域にイオンを含むプラズマを生成することと、電極に電子を放出させて電子ビームを形成するために、電極にイオンを衝突させることと、誘電体材料を硬化させるために、誘電体材料を電子ビームと接触させることとを含み、誘電体材料は流動性化学気相堆積の生成物である。
【0011】
［００１１］本開示の他の及び更なる実施形態について以下に説明する。
【0012】
［００１２］添付の図面に示す本開示の例示の実施形態を参照することで、上記に要約し、以下により詳細に説明する本開示の実施形態を理解することができる。ただし、添付の図面は本開示の典型的な実施形態を単に示すものであり、したがって、範囲を限定するものと見なすべきではなく、本開示は他の等しく有効な実施形態も許容しうる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】本開示の幾つかの実施形態に係る堆積プロセスを実行するのに適した装置を示す図である。
【図2】本開示の幾つかの実施形態に係る誘電体層を硬化させるのに適した装置を示す図である。
【図5】本開示の幾つかの実施形態に係る誘電体材料を形成する方法を示すプロセスフロー図である。
【図6】本開示の幾つかの実施形態に係る誘電体材料を硬化させる方法を示すプロセスフロー図である。
【図7A-7B】本開示の幾つかの実施形態に従って形成された構造を示す断面図である。
【0014】
［００２０］理解を容易にするために、可能な限り、図面に共通の同一要素を示すのに同一の参照番号を使用している。図面は縮尺どおりに描かれておらず、わかりやすくするために簡略化されている場合がある。一実施形態の要素及び特徴は、更に詳述することなく、他の実施形態に有益に組み込まれ得る。
【発明を実施するための形態】
【0015】
［００２１］基板を硬化させる、及び／又はインタコネクトデバイスを形成する方法及び装置が本明細書に提供される。幾つかの実施形態では、集積回路構造を形成する方法は、誘電体材料を硬化させるのに適した条件下で誘電体材料を電子ビームと接触させることを含む。本開示の方法及び装置は、ＦＣＶＤ法により形成又は堆積された誘電体材料等の誘電体材料を有利に安定化又は改善する。実施形態では、本開示の方法及び装置は、誘電体材料の構成が変化するように、電子ビームを使用して誘電体材料を硬化させること等により、堆積された誘電体材料の変種を形成する。例えば、幾つかの実施形態では、窒化ケイ素材料に組み込まれた反応性水素を有する誘電体材料の窒化ケイ素層が堆積され得る。硬化させない限り、水素は問題なことにその中の空気及び水分と反応して、酸窒化ケイ素（ＳｉＯｘＮｙ）等の誘電体材料の酸窒化物層を形成し得る。幾つかの実施形態では、本開示に係る硬化は、誘電体材料の原子酸素割合を減少させ、材料の原子窒素割合を増加させる。例えば、ＦＣＶＤによって形成された誘電体材料が、その中に水素が組み込まれた窒化ケイ素である幾つかの実施形態では、本開示に従って誘電体材料を硬化させると、ｘとｙの比が１より大きいＳｉＯｘＮｙ等の不安定な材料形成が低減する。
【0016】
［００２２］したがって、本開示は、半導体デバイス、特に半導体チップの３次元（３Ｄ）積層用の高アスペクト比のトレンチ等の特徴に誘電体材料を堆積させて、基板からトレンチに充填する誘電体材料の良好な間隙充填能力を提供することを含む。図１は、本開示に係る半導体用途のための誘電体材料を堆積させ得る堆積プロセスを実行するための堆積処理チャンバ１００の断面図である。本明細書での使用に適合させることができる非限定的な好適な処理チャンバは、例えば、カリフォルニア州サンタクララのアプライドマテリアルズ社から入手できるＨＤＰ－ＰＲＯＤＵＣＥＲ（登録商標）又はＣ３（登録商標）処理チャンバを含む。他の製造業者から入手可能なものを含む他のプロセスチャンバも、本明細書で提供される教示に関連して好適に使用可能である。
【0017】
［００２３］図１を参照すると、実施形態では、堆積処理チャンバ１００は、処理チャンバ本体１０２と、処理チャンバ本体１０２に結合された遠隔プラズマ源１０４とを含む。遠隔プラズマ源１０４は、ラジカルを生成し得る任意の適切な源であってよい。遠隔プラズマ源１０４は、高周波（ＲＦ）又は超高周波（ＶＨＲＦ）容量結合プラズマ（ＣＣＰ）源、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）源、マイクロ波誘導（ＭＷ）プラズマ源、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）チャンバ、又は高密度プラズマ（ＨＤＰ）チャンバ等の遠隔プラズマ源であってよい。遠隔プラズマ源１０４は、１又は複数のガス源１０６を含んでいてよく、遠隔プラズマ源１０４は、ラジカル導管１０８によって堆積処理チャンバ１００に結合され得る。ラジカル形成ガスであり得る１又は複数のプロセスガスは、１又は複数のガス源１０６を介して遠隔プラズマ源１０４に進入し得る。実施形態では、１又は複数のプロセスガスは、塩素含有ガス、フッ素含有ガス、不活性ガス、酸素含有ガス、窒素含有ガス、水素含有ガス、又はそれらの任意の組み合わせを含み得る。遠隔プラズマ源１０４で生成されたラジカルは、堆積処理チャンバ１００に結合するラジカル導管１０８を介して堆積処理チャンバ１００に移動し、堆積処理チャンバ１００内に画定された内部処理領域１５１に到達する。
【0018】
［００２４］ラジカル導管１０８は、ラジカルキャビティ１１０、上部プレート１１４、リッドリム１１６、及びシャワーヘッド１１８も含むリッドアセンブリ１１２の一部である。ラジカル導管１０８は、ラジカルに対して実質的に非反応性である材料を含み得る。例えば、ラジカル導管１０８は、窒化アルミニウム（ＡＩＮ）、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、陽極酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、サファイア等の酸化鉱物、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）の１又は複数を含むセラミック、窒化アルミニウム（ＡＩＮ）、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、又はプラスチックを含み得る。好適な二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）材料の代表例としては、石英が挙げられる。ラジカル導管１０８は、ラジカル導管支持部材１２０内に配置され、それによって支持され得る。ラジカル導管支持部材１２０は、リッドリム１１６に載っている上部プレート１１４に配置され得る。
【0019】
［００２５］実施形態では、ラジカルキャビティ１１０は、ラジカル導管１０８の下に配置され、ラジカル導管１０８に結合され、遠隔プラズマ源１０４で生成されたラジカルが、ラジカル導管１０８を通ってラジカルキャビティ１１０に移動する。実施形態では、ラジカルキャビティ１１０は、上部プレート１１４、リッドリム１１６、及びシャワーヘッド１１８を含む。オプションとして、ラジカルキャビティ１１０は、ライナ１２２を含み得る。ライナ１２２は、ラジカルキャビティ１１０に露出する上部プレート１１４及びリッドリム１１６の表面を覆い得る。遠隔プラズマ源１０４からのラジカルは、シャワーヘッド１１８に配置された複数のチューブ１２４を通過して、内部処理領域１５１に入る。シャワーヘッド１１８は、複数のチューブ１２４より直径が小さい複数の開口部１２６を更に含む。複数の開口部１２６は、複数のチューブ１２４と流体連結していない内部領域（図示せず）に接続される。堆積処理チャンバ１００の内部処理領域１５１内に流体混合物を導入するために、１又は複数の流体源１１９がシャワーヘッド１１８に結合され得る。流体混合物は、前駆体、ポロゲン、及び／又はキャリア流体を含み得る。流体混合物は、気体及び液体の混合物であり得る。
【0020】
［００２６］堆積処理チャンバ１００は、リッドアセンブリ１１２と、チャンバ本体１３０と、基板支持アセンブリ１３２とを含み得る。基板支持アセンブリ１３２は、少なくとも部分的にチャンバ本体１３０内に配置され得る。チャンバ本体１３０は、堆積処理チャンバ１００の内部へのアクセスを提供するためのスリットバルブ１３５を含み得る。チャンバ本体１３０は、チャンバ本体１３０の内面を覆うライナ１３４を含み得る。ライナ１３４は、１又は複数の開口１３６と、そこに形成された、真空システム１４０と流体連結しているポンピングチャネル１３８とを含み得る。開口１３６は、堆積処理チャンバ１００内の気体の出口を提供するポンピングチャネル１３８内への気体の流路を提供する。
【0021】
［００２７］真空システム１４０は、真空ポート１４２と、バルブ１４４と、真空ポンプ１４６とを含み得る。真空ポンプ１４６は、真空ポート１４２を介してポンピングチャネル１３８と流体連結している。開口１３６は、ポンピングチャネル１３８が、チャンバ本体１３０内の内部処理領域１５１と流体連結することを可能にする。内部処理領域１５１は、シャワーヘッド１１８の下面１４８と基板支持アセンブリ１３２の上面１５０とを含み、内部処理領域１５１はライナ１３４に囲まれている。
【0022】
［００２８］基板支持アセンブリ１３２は、チャンバ本体１３０内で処理するための基板（図示せず）を支持する基板支持部材１５２を含み得る。基板は、例えば、３００ｍｍ等の任意の標準的なウエハサイズであり得る。あるいは、基板は、３００ｍｍより大きくてよく、例えば、４５０ｍｍ以上であり得る。基板支持部材１５２は、動作温度に応じて、窒化アルミニウム（ＡＩＮ）又はアルミニウムを含み得る。基板支持部材１５２は、基板を基板支持部材１５２にチャックするように構成され得る。例えば、基板支持部材１５２。
【0023】
［００２９］基板支持部材１５２は、チャンバ本体１３０の底面に形成された中央に位置する開口部１５８を通って延びるシャフト１５６を通してリフト機構１５４に結合され得る。リフト機構１５４は、シャフト１５６の周囲からの真空漏れを防止するベローズ１６０によってチャンバ本体１３０に柔軟に密閉され得る。リフト機構１５４は、基板支持部材１５２を、チャンバ本体１３０内のプロセス位置と下方の移送位置との間で垂直に移動させることができる。移送位置は、スリットバルブ１３５の開口部よりやや下方にある。動作中、基板３０１とシャワーヘッド１１８との間の間隔は、基板表面におけるラジカルフラックスを最大化するために最小化され得る。例えば、間隔は、約１００ｍｍと約５０００ｍｍとの間であり得る。リフト機構１５４は、動作中にシャフト１５６を回転させ、それによって基板支持部材１５２を回転させて、基板支持部材１５２に配置された基板を回転させることができ得る。
【0024】
［００３０］１又は複数の加熱要素１６２及び冷却チャネル１６４が基板支持部材１５２に埋め込まれていてよい。動作中に加熱要素１６２及び冷却チャネル１６４を使用して、基板の温度が制御され得る。加熱要素１６２は、１又は複数の抵抗加熱要素等、任意の適切な加熱要素であり得る。加熱要素１６２は、１又は複数の電源（図示せず）に接続され得る。加熱要素１６２は、マルチゾーン加熱又は冷却において独立した加熱及び／又は冷却制御を有するように、個別に制御され得る。マルチゾーン加熱及び冷却における独立した制御を有する能力により、基板温度プロファイルを、いかなる所定のプロセス条件においても向上させることができる。基板を冷却するために冷却チャネル１６４を通して冷却剤が流され得る。基板支持部材１５２は、基板の裏側に冷却ガスを流すために、上面１５０に延びるガス通路を更に含み得る。
【0025】
［００３１］ＲＦ源電力１４３は、ＲＦ源電力整合ボックス１４７を通してシャワーヘッド１１８に結合され得る。ＲＦ源電力１４３は、低周波、高周波、又は超高周波であってよい。幾つかの実施形態では、ＲＦ源電力１４３は、高密度膜層を堆積させるための高密度プラズマを生成し得る高周波ＲＦジェネレータである。一例では、ＲＦ源電力１４３は、基板支持部材１５２の上の内部処理領域３５１で生成される誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）を生成及び制御できる誘導結合ＲＦエネルギー送信デバイスとして機能し得る。誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）を生成する際に、ＲＦ源電力マッチングボックス１４７からの動的なインピーダンスマッチングが提供され得る。
【0026】
［００３２］ＲＦ源電力１４３に加えて、ＲＦバイアス電源１４５が基板支持部材１５２に結合され得る。基板支持部材１５２は、カソードとして構成され、ＲＦバイアス電源１４５に結合される電極１６３を含む。ＲＦバイアス電源１４５は、基板支持部材１５２に配置された電極１６３と、チャンバ本体１３０のシャワーヘッド１１８又は上部プレート１１４等の天井等の別の電極との間に結合される。ＲＦバイアス電源１４５から発生するＲＦバイアス電力は、チャンバ本体１３０の内部処理領域１５１に配置されたガスから形成されるプラズマ放電を励起し持続させる。
【0027】
［００３３］ある動作モードでは、基板３０１は、堆積処理チャンバ１００の基板支持部材１５２に配置される。プロセスガス及び／又はガス混合物が、ガス源１０６からシャワーヘッド１１８を通してチャンバ本体１３０内に導入される。真空ポンプ１４６は、堆積副生成物を除去しながら、チャンバ本体１３０内の圧力を維持する。
【0028】
［００３４］コントローラ１７０は、堆積処理チャンバ１００に結合され、堆積処理チャンバ１００の動作を制御する。コントローラ１７０は、プロセスシーケンスを制御し、ガス源１０６からのガス流を調節するために利用される中央処理装置（ＣＰＵ）１７２、メモリ１７４、及び支援回路１７６を含む。中央処理装置（ＣＰＵ）１７２は、産業環境で使用され得る任意の形態の汎用コンピュータプロセッサであってよい。ソフトウェアルーチンは、ランダムアクセスメモリ、読み取り専用メモリ、フロッピー、又はハードディスクドライブ、又は他の形態のデジタルストレージ等のメモリ１７４に記憶され得る。支援回路１７６は、従来、中央処理装置（ＣＰＵ）１７２に結合され、キャッシュ、クロック回路、入力／出力システム、電源等を含み得る。コントローラ１７０と堆積処理チャンバ１００の様々な構成要素との間の双方向通信は、多数の信号ケーブルを通して処理される。
【0029】
［００３５］本開示の方法及び装置は、半導体デバイス用の高アスペクト比のトレンチ等の特徴において誘電体材料を硬化させること、特に誘電体材料を安定化又は変化させることを含む。ここで、本開示の誘電体材料を硬化させるのに適した電子ビーム処理チャンバ２００を示す断面図である図２を参照する。実施形態では、電子ビーム処理チャンバ２００は、プロセス領域２０１を画定するチャンバ本体２０２を有する。一実施形態では、チャンバ本体２０２は、実質的に円筒形の形状を有し、例えばアルミニウム又はステンレス鋼等の金属材料等、その中に真空圧力環境を維持するのに適した材料から製造され得る。
【0030】
［００３６］実施形態では、天井２０６は、チャンバ本体２０２に結合され、プロセス領域２０１を形成する。一実施形態では、天井２０６は、チャンバ本体２０２を製造するために利用される材料等の導電性材料から形成される。天井２０６は、電極２０８に結合され、電極２０８をその上に支持する。一実施形態では、電極２０８は、電極２０８がプロセス領域２０１に隣接して配置されるように、天井２０６に結合される。一実施形態では、電極２０８は、シリコン、炭素、シリコン炭素材料、又はシリコン酸化物材料等の高二次電子放出係数を有するプロセス適合性材料から形成される。あるいは、電極２０８は、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）、又は酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）等の金属酸化物材料から形成される。電気絶縁材料から形成される誘電体リング２０９は、チャンバ本体２０２に結合され、電極２０８を取り囲む。図示したように、誘電体リング２０９は、チャンバ本体２０２と天井２０６との間に配置され、その上に電極２０８を支持する。
【0031】
［００３７］プロセス領域２０１には、ペデスタル２１０が配置される。ペデスタル２１０は、その上に基板２１１を支持し、電極２０８に平行に配向された基板支持面２１０ａを有する。一実施形態では、ペデスタル２１０は、リフトサーボ２１２によって軸方向に移動可能である。動作中、基板支持面２１０ａは、電極２０８等の上部電極から約１インチと約３０インチとの間の距離に維持される。一実施形態では、ペデスタル２１０は、基板支持面２１０ａを形成する絶縁パック２４２と、絶縁パック２４２の内部に配置された電極２４４と、電極２４４に接続されたチャック電圧供給部２４８とを含む。更に、絶縁パック２４２の下にあるベース層２４６は、循環供給部２４５から熱伝達媒体（例えば、液体）を循環させるための内部通路２４９を有する。一実施形態では、循環供給部２４５は、ヒートシンクとして機能する。別の実施形態では、循環供給部２４５は、熱源として機能する。一実施形態では、ペデスタル２１０の温度は、約－２０℃と約１０００℃との間に維持される。
【0032】
［００３８］ＶＨＦ周波数（例えば、１６０ＭＨｚ）を有するＲＦ電力ジェネレータ２２０と、ＶＨＦ範囲以下又はＨＦ範囲以下（例えば、ＭＦ又はＬＦ範囲、例えば、約１００ｋＨｚと約６０ＭＨｚとの間、例えば、約２ＭＨｚ）の周波数を有するＲＦ電力ジェネレータ２２２等の低周波ＲＦ電力ジェネレータは、ＲＦ給電導体２２３を介してインピーダンスマッチ２２４を通して電極２０８に結合される。一実施形態では、インピーダンスマッチ２２４は、ＲＦ電力ジェネレータ２２０及び２２２の異なる周波数でインピーダンスマッチ、並びに電力ジェネレータを互いに分離するためのフィルタリングを提供するように適合される。ＲＦ電力ジェネレータ２２０、２２２の出力電力レベルは、コントローラ２２６によって独立して制御される。以下に詳細に説明するように、ＲＦ電力ジェネレータ２２０、２２２からの電力は、電極２０８に結合される。
【0033】
［００３９］一実施形態では、天井２０６は導電性であり、電極２０８と電気的に接触している。インピーダンスマッチ２２４からの電力は、天井２０６を通って電極２０８に伝導される。一実施形態では、チャンバ本体２０２は、接地電位に維持される。一実施形態では、電子ビーム処理チャンバ２００内の接地された内面（すなわちチャンバ本体２０２）は、シリコン、炭素、シリコン炭素材料、又はシリコン酸化物材料等のプロセス適合性材料でコーティングされる。代替の実施形態では、電子ビーム処理チャンバ２００の内部の接地された内面は、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）、又は酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）等の材料でコーティングされる。
【0034】
［００４０］一実施形態では、ＲＦ電力ジェネレータ２２０は、別々に制御される２つのＶＨＦ電力ジェネレータ２２０ａ及び２２０ｂに置き換えられる。ＶＨＦ電力ジェネレータ２２０ａは、ＶＨＦ帯の下部（例えば、３０ＭＨｚから１５０ＭＨｚ）の出力周波数を有し、ＶＨＦ電力ジェネレータ２２０ｂは、ＶＨＦ帯の上部（例えば、１５０ＭＨｚから３００ＭＨｚ）の出力周波数を有する。コントローラ２２６は、ＶＨＦ電力ジェネレータ２２０ａ及び２２０ｂの出力電力レベル間の比率を選択することによって、プラズマイオン密度を管理する。
【0035】
［００４１］２つのＶＨＦ電力ジェネレータ２２０ａ及び２２０ｂを用いると、電極２０８とペデスタル２１０との間の距離を選択することによって、プロセス領域２０１における放射状のプラズマ均一性を制御することができる。幾つかの実施形態では、低いＶＨＦ周波数により、プロセス領域２０１におけるプラズマイオン密度はエッジが高い半径方向分布となり、高いＶＨＦ周波数により、プラズマイオン密度は中心が高い半径方向分布となる。このような選択により、２つのＶＨＦ電力ジェネレータ２２０ａ、２２０ｂの電力レベルは、実質的に均一な半径方向のプラズマイオン密度を有するプラズマを生成することが可能である。
【0036】
［００４２］一実施形態では、天井２０６は、電極２０８の支持体であり、電極２０８に面するチャック電極２５２を含む絶縁層２５０を含む。ＤＣチャック電圧供給部２５４は、電極２０８を天井２０６に静電的にクランプするために、供給導体２５５を介してチャック電極２５２に結合される。ＤＣブロッキングキャパシタ２５６は、インピーダンスマッチ２２４の出力部と直列接続される。コントローラ２２６は、ＤＣチャック電圧供給部２５４を制御するように機能する。一実施形態では、インピーダンスマッチ２２４からのＲＦ給電導体２２３は、電極２０８に直接接続されるのではなく、電極支持体又は天井２０６に接続される。上記実施形態では、ＲＦ給電導体２２３からのＲＦ電力は、電極支持体から電極２０８に容量結合される。
【0037】
［００４３］一実施形態では、天井２０６の内部に熱伝導性の液体又は媒体を導通するための内部通路２７８が熱媒体循環供給部２８０に接続される。熱媒体循環供給部２８０は、ヒートシンク又は熱源として機能する。電極２０８と天井２０６との間の機械的接触は、電極２０８と天井２０６との間の高い熱コンダクタンスを維持するのに十分である。図２の実施形態では、機械的接触の力は、ＤＣチャック電圧供給部２５４によって提供される静電クランプ力によって調節される。
【0038】
［００４４］一実施形態では、上部ガスインジェクタ２３０は、第１のバルブ２３２を通してプロセス領域２０１内にプロセスガスを供給する。一実施形態では、下部ガスインジェクタ２３４は、第２のバルブ２３６を通してプロセス領域２０１内にプロセスガスを供給する。上部ガスインジェクタ２３０及び下部ガスインジェクタ２３４は、チャンバ本体２０２の側壁に配置される。ガスは、第１のバルブ２３２及び第２のバルブ２３６を含み得るバルブ２４０のアレイを通して、供給部２３８等のプロセスガス供給部のアレイから供給される。一実施形態では、プロセス領域２０１内に供給されるガス種及びガス流量は、独立して制御可能である。例えば、上部ガスインジェクタ２３０を通るガス流は、下部ガスインジェクタ２３４を通るガス流と異なっていてよい。コントローラ２２６は、バルブ２４０のアレイを管理する。
【0039】
［００４５］一実施形態では、アルゴン又はヘリウム等の不活性ガスが上部ガスインジェクタ２３０を通してプロセス領域２０１内に供給され、プロセスガスが下部ガスインジェクタ２３４を通してプロセス領域２０１内に供給される。幾つかの実施形態では、電極２０８に隣接してプロセス領域２０１に供給される不活性ガスは、プロセス領域２０１に形成される反応性プラズマから電極２０８を守るように機能し、したがって、電極２０８の耐用年数を増加させることができる。別の実施形態では、プロセスガスは、上部ガスインジェクタ２３０及び下部ガスインジェクタ２３４の両方を通してプロセス領域２０１に供給される。
【0040】
［００４６］幾つかの実施形態では、プラズマは、様々なバルク及び表面プロセス、例えば、容量結合によってプロセス領域２０１に生成される。一実施形態では、プラズマの生成は、電極２０８等の上部電子放出電極の内面の高エネルギーイオン衝撃によっても促進される。一実施例では、電極２０８は、ＤＣチャック電圧供給部２５４からの電圧の印加等による、実質的に負の電荷でバイアスされる。一実施形態では、電極２０８に印加されるバイアス電力は、約４００ｋＨｚから約２００ＭＨｚの周波数で、約１ＫＷから約１０ＫＷである。本発明者らは、容量結合プラズマによって生成されたイオンが電界の影響を受けることで、プラズマから生成されたイオンによる電極２０８の衝撃が促されると考える。
【0041】
［００４７］電極２０８のイオン衝撃エネルギーとプラズマ密度は、ＲＦ電力ジェネレータ２２０、２２２両方の関数である。電極２０８のイオン衝撃エネルギーは、ＲＦ電力ジェネレータ２２２からの低周波電力によって実質的に制御され、プロセス領域２０１のプラズマ密度は、ＲＦ電力ジェネレータ２２０からのＶＨＦ電力によって実質的に制御（増強）される。幾つかの実施形態では、電極２０８のイオン衝撃は、電極に二次電子を放出させる。負の電荷を有する高エネルギー二次電子が電極２０８の内面から放出され、電極２０８の負バイアスにより電極から離れるように加速される。
【0042】
［００４８］電極２０８の放出面からの高エネルギー電子のフラックスは電子ビームであると考えられ、電極２０８の内面に対して実質的に垂直に配向し得る。電子ビームのビームエネルギーは、電極２０８のイオン衝撃エネルギーにほぼ等しく、典型的には約１０ｅＶから２００００ｅＶの範囲であり得る。幾つかの実施形態では、本開示による硬化に適したイオン衝撃エネルギーは、約５０ｅＶから４０００ｅＶである。一実施形態では、プラズマ電位は、電極２０８の電位よりも大きく、電極２０８から放出された高エネルギー二次電子は、二次電子がプラズマを通過する際にプラズマのシース電圧により更に加速される。
【0043】
［００４９］電極表面への高エネルギーイオン衝撃により電極２０８から放出された二次電子フラックスで構成される電子ビームの少なくとも一部は、プロセス領域２０１を通って伝播し、基板２１１近傍のプロセスガスと反応する。適切なプロセスガス、例えば、ヘリウム（Ｈｅ）、アルゴン（Ａｒ）、水素（Ｈ２）、アンモニア（ＮＨ３）、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）、メタン（ＣＨ４）、アセチレン（Ｃ２Ｈ２）、三フッ化窒素（ＮＦ３）、テトラフルオロメタン（ＣＦ４）、六フッ化硫黄（ＳＦ６）、一酸化炭素（ＣＯ）、トリフルオロメタン（ＣＨＦ３）、塩素（Ｃｌ２）、臭化水素（ＨＢｒ）、窒素（Ｎ２）、酸素（Ｏ２）、それらの組み合わせの利用により、電子ビームは基板２１１に硬化反応を誘発する。幾つかの実施形態では、電子ビームは、容量的に生成されたプラズマに加えて、化学反応性のラジカル及びイオンを生成し、これらが基板の表面に吸着して、基板２１１の表面の化学反応性層を形成する。化学反応性層への電子ビーム衝撃により生成物が発生し、その結果、基板２１１が硬化する。幾つかの実施形態では、化学反応性ポリマー層は、還元（酸素の低減又は除去）又は窒素の添加等の基板の変質を引き起こす。幾つかの実施形態では、プロセスガスは、基板の所望の変質を引き起こすように予め選択される。例えば、誘電体材料等の基板の窒素含有量を増加させるために、窒素含有プロセスガスが予め選択され得る。
【0044】
［００５０］従って、電子ビームは、化学反応を誘発して、酸素等の基板中の特定の種を遊離させる、又は誘電体材料に窒素等の１又は複数の種を添加して基板２１１を硬化させる。基板２１１の硬化は、圧力、ウエハ又は基板温度、電子ビームエネルギー、Ｅビームプラズマ電力、及び必要に応じてバイアス電力等の他の要因にも影響される。一実施形態では、基板２１１の電子ビーム硬化中、プロセス領域２０１は約３．０ｍＴｏｒｒから約１００ｍＴｏｒｒの圧力に維持される。この圧力は、プロセス領域２０１と流体連結している真空ポンプ２６８によって生成される。圧力は、プロセス領域２０１と真空ポンプ２６８との間に配置されるゲートバルブ２６６によって調節される。基板２１１の硬化は、電子ビーム硬化中の基板温度にも影響される。本明細書で使用するのに適した硬化温度は、０から５００℃を含む。基板２１１の硬化はまた、幾つかの実施形態では５０から約４０００ｅＶのピーク値を含む電子ビームエネルギーによって影響される。幾つかの実施形態では、Ｅビームプラズマ電力は、約１００Ｗから約５０００Ｗであり得る。幾つかの実施形態では、電子ビーム処理チャンバは、約３０Ｗから約５０００Ｗのバイアス電力を基板に提供するように構成される。
【0045】
［００５１］幾つかの実施形態では、ＲＦバイアス電力ジェネレータ２６２は、インピーダンスマッチ２６４を通してペデスタル２１０の電極２４４に結合される。更なる実施形態では、波形テーラリングプロセッサ２４７が、インピーダンスマッチ２６４の出力部と電極２４４との間に接続され得る。波形テーラリングプロセッサ２４７は、ＲＦバイアス電力ジェネレータ２６２によって生成される波形を所望の波形に変化させる。基板２１１近傍のプラズマのイオンエネルギーは、波形テーラリングプロセッサ２４７によって制御される。幾つかの実施形態では、波形テーラリングプロセッサ２４７は、各ＲＦサイクルの特定部分の間、振幅が所望のイオンエネルギーレベルに対応するレベルに保持される波形を生成する。コントローラ２２６は、波形テーラリングプロセッサ２４７を制御する。
【0046】
［００５２］図３は、電子ビーム処理チャンバ２００’の他の実施形態を示す概略図である。図２の幾つかの実施形態では、（ＲＦ電力ジェネレータ２２０からの）ＶＨＦ電力及び（ＲＦ電力ジェネレータ２２２からの）低周波ＲＦ電力は、別々の経路を通して電極２０８に供給される。図３の実施形態では、ＲＦ電力ジェネレータ２２０は、電極２０８のエッジに重なる折り曲げられた共振器２９５を介して電極２０８に結合される。低周波ＲＦ電力ジェネレータ２２２は、ＲＦインピーダンスマッチ２９４を通してＲＦ給電導体２２３を介して電極２０８に結合される。ＤＣチャック電圧供給部２５４は、天井２０６の通路を通って延びる給電導体２５５を通してチャック電極２５２に結合される。
【0047】
［００５３］図４は、統合システムに組み込まれ統合された図１に示す堆積処理チャンバ１００及び／又は図２又は図３に示す電子ビーム処理チャンバ２００のうちの１又は複数を含む例示的な統合システム４００の概略上面図である。一実施形態では、統合システム４００は、カリフォルニア州サンタクララに所在するアプライドマテリアルズ社から市販されているＣＥＮＴＵＲＡ（登録商標）統合処理システムであってよい。他の処理システム（他の製造業者からのものを含む）を、本開示から利益を得るように適合させることが可能である。
【0048】
［００５４］幾つかの実施形態では、統合システム４００は、処理プラットフォーム４０４等の真空気密処理プラットフォームと、ファクトリインターフェース４０２と、システムコントローラ４４４とを含む。処理プラットフォーム４０４は、図１に示す堆積処理チャンバ１００のうちの１つ等の少なくとも１つの堆積処理チャンバ１００と、図２に示す電子ビーム処理チャンバ２００のうちの１つ等の少なくとも１つの電子ビーム処理チャンバ２００と、複数の処理チャンバ４２８、４２０、４１０と、移送チャンバ４３６等の真空基板移送チャンバに結合される少なくとも１つのロードロックチャンバ４２２とを含む。図４に、２つのロードロックチャンバ４２２を示す。ファクトリインターフェース４０２は、ロードロックチャンバ４２２によって移送チャンバ４３６に結合される。
【0049】
［００５５］一実施形態では、ファクトリインターフェース４０２は、少なくとも１つのドッキングステーション４０８と、基板の移送を容易にするための少なくとも１つのファクトリインターフェースロボット４１４とを備える。ドッキングステーション４０８は、１又は複数の前方開口型統一ポッド（ＦＯＵＰ）を受け入れるように構成される。図４の実施形態では、２つのＦＯＵＰ４０６Ａ～Ｂを示す。ファクトリインターフェースロボット４１４の一方の端部に配置されたブレード４１６を有するファクトリインターフェースロボット４１４は、処理のためにロードロックチャンバ４２２を通してファクトリインターフェース４０２から処理プラットフォーム４０４に基板を移送するように構成される。オプションとして、１又は複数の処理チャンバ４１０、４２０、４２８、堆積処理チャンバ１００、電子ビーム処理チャンバ２００は、ＦＯＵＰ４０６Ａ～Ｂからの基板の処理を促進するために、ファクトリインターフェース４０２の端子４２６に接続され得る。
【0050】
［００５６］ロードロックチャンバ４２２の各々は、ファクトリインターフェース４０２に結合された第１のポートと、移送チャンバ４３６に結合された第２のポートとを有する。ロードロックチャンバ４２２は、ロードロックチャンバ４２２をポンプダウンして排気し、移送チャンバ４３６の真空環境とファクトリインターフェース４０２の実質的な周囲（例えば、大気）環境との間で基板を通過させることを容易にする圧力制御システム（図示せず）に結合される。
【0051】
［００５７］移送チャンバ４３６は、その中に配置された真空ロボット４３０を有する。真空ロボット４３０は、ロードロックチャンバ４２２、堆積処理チャンバ１００、電子ビーム処理チャンバ２００、並びに処理チャンバ４１０、４２０、及び４２８の間で基板４０１を移送することができるブレード４３４を有する。
【0052】
［００５８］統合システム４００の幾つかの実施形態では、統合システム４００は、図１に示す堆積処理チャンバ１００、他の処理チャンバ４１０、４２０、４２８、電子ビーム処理チャンバ２００、及び／又は電子ビーム処理チャンバ２００’を含み得る。幾つかの実施形態では、処理チャンバ４１０、４２０、４２８は、堆積チャンバ、エッチングチャンバ、熱処理チャンバ、又は他の同様の種類の半導体処理チャンバであり得る。
【0053】
［００５９］システムコントローラ４４４は、処理システム４００に結合される。計算機器４４１を含み得る、又は計算機器４４１内に含まれ得るシステムコントローラ４４４は、統合システム４００の処理チャンバ４１０、４２０、４２８、堆積処理チャンバ１００、電子ビーム処理チャンバ２００の直接制御を用いて処理システム４００の動作を制御する。あるいは、システムコントローラ４４４は、処理チャンバ４１０、４２０、４２８、堆積処理チャンバ１００、電子ビーム処理チャンバ２００及び統合システム４００に関連するコンピュータ（又はコントローラ）を制御し得る。工程中、システムコントローラ４４４は、統合システム４００の性能を最適化するために、それぞれのチャンバ、及び堆積処理チャンバ１００、及び／又は電子ビーム処理チャンバ２００等の処理チャンバからのデータ収集及びフィードバックも可能にする。
【0054】
［００６０］システムコントローラ４４４は、一般に、中央処理装置（ＣＰＵ）４３８、メモリ４４０、及び支援回路４４２を含む。ＣＰＵ４３８は、産業環境で使用可能な任意の形態の汎用コンピュータプロセッサの１つであってよい。支援回路４４２は、従来、ＣＰＵ４３８に結合され、キャッシュ、クロック回路、入出力サブシステム、電源等を備え得る。ソフトウェアルーチンは、ＣＰＵ４３８を特定目的のコンピュータ（コントローラ）４４４に変換する。また、ソフトウェアルーチンは、統合システム４００から遠隔に位置する第２のコントローラ（図示せず）により記憶及び／又は実行され得る。
【0055】
［００６１］幾つかの実施形態では、本開示は、真空基板移送チャンバと、流動性化学気相堆積用に構成され、真空基板移送チャンバに結合された堆積チャンバと、真空基板移送チャンバに結合された硬化チャンバであって、電子ビーム放射源を用いて誘電体材料を硬化させるように構成された硬化チャンバとを含む統合システムに関する。幾つかの実施形態では、統合システムの硬化チャンバは、誘電体材料を０℃から５００℃の温度に維持するように構成される。幾つかの実施形態では、硬化チャンバは、誘電体材料を３ｍＴｏｒｒから１００ｍＴｏｒｒの圧力に維持するように構成される。幾つかの実施形態では、硬化チャンバは、誘電体材料に３０Ｗから５０００Ｗの量のバイアス電力を印加するように構成される。幾つかの実施形態では、硬化チャンバは、１００Ｗから約５０００Ｗのプラズマ電力を供給するように構成される。幾つかの実施形態では、硬化チャンバは、ヘリウム（Ｈｅ）、アルゴン（Ａｒ）、水素（Ｈ２）、アンモニア（ＮＨ３）、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）、メタン（ＣＨ４）、アセチレン（Ｃ２Ｈ２）、三フッ化窒素（ＮＦ３）、テトラフルオロメタン（ＣＦ４）、六フッ化硫黄（ＳＦ６）、一酸化炭素（ＣＯ）、トリフルオロメタン（ＣＨＦ３）、塩素（Ｃｌ２）、臭化水素（ＨＢｒ）、窒素（Ｎ２）、酸素（Ｏ２）の１又は複数及びそれらの組み合わせを含むプロセスガスを含む反応から電子ビームを形成するように構成される。幾つかの実施形態では、堆積チャンバは、誘電体材料を０℃から１００℃の温度で形成するように構成される。幾つかの実施形態では、堆積チャンバは、誘電体材料を１００ｍＴｏｒｒから５Ｔｏｒｒの圧力で形成するように構成される。幾つかの実施形態では、堆積チャンバは、誘電体材料に３０Ｗから５０００Ｗの量のバイアス電力を印加しながら、誘電体材料を形成するように構成される。
【0056】
［００６２］図５は、本明細書に記載の実施形態に係る集積回路構造を形成する方法５００の工程を示すフロー図である。工程５１０において、図２の電子ビーム処理チャンバ２００のプロセス領域２０１等の電子ビーム処理チャンバのプロセス領域にプロセスガスが供給される。様々なプロセスガス、例えば、ヘリウム（Ｈｅ）、アルゴン（Ａｒ）、水素（Ｈ２）、アンモニア（ＮＨ３）、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）、メタン（ＣＨ４）、アセチレン（Ｃ２Ｈ２）、三フッ化窒素（ＮＦ３）、テトラフルオロメタン（ＣＦ４）、六フッ化硫黄（ＳＦ６）、一酸化炭素（ＣＯ）、トリフルオロメタン（ＣＨＦ３）、塩素（Ｃｌ２）、臭化水素（ＨＢｒ）、窒素（Ｎ２）、酸素（Ｏ２）の１又は複数及びそれらの組み合わせを含むプロセスガスが、供給部２３８から上部ガスインジェクタ２３０、２３４を通してプロセス領域２０１に供給される。一実施形態では、不活性ガスもプロセス領域２０１に供給される。幾つかの実施形態では、不活性ガスは、上部ガスインジェクタ２３０を通して供給される。図２に関しては図示していないが、別の実施形態では、不活性ガスは、電極２０８等の上部電極を通して供給される。
【0057】
［００６３］工程５２０において、プロセス領域に配置された電極に、低周波ＲＦ電力等のＲＦ電力が供給される。実施形態では、電極は、プロセス領域に配置された高二次電子放出係数材料から形成される。一実施形態では、約２ＭＨｚ又は約１３．５６ＭＨｚの周波数を有する低周波ＲＦ電力が、電極２０８等の上部電極に印加される。幾つかの実施形態では、ＲＦ電力は、パルス方式で電極２０８等の上部電極に印加される。幾つかの実施形態では、ＲＦ電力は、電極２０８等の上部電極に連続的に印加される。電極２０８等の上部電極に印加されるＲＦ電力は、工程５３０において、プロセス領域２０１のプロセスガスに通電し、プラズマを形成するように機能する。低周波ＲＦ電力を利用することにより、高いシース電圧を有するプラズマを生成することが可能となり、その後、電極２０８等の上部電極から放出される電子を加速しやすくなる。
【0058】
［００６４］幾つかの実施形態では、ペデスタル２１０は、接地電位に維持される。幾つかの実施形態では、ペデスタル２１０に低周波ＲＦ電力が印加される。幾つかの実施形態では、ペデスタル２１０に印加されるＲＦ電力は、電極２０８に印加されるＲＦ電力と並行である。あるいは、ペデスタル２１０に印加されるＲＦ電力は、電極２０８にＲＦ電力が実質的に印加されていないときに供給される。ＲＦ電力がペデスタル２１０に印加される幾つかの実施形態では、ＲＦ電力は、電子ビームが基板２１１に到達するのを遅延させないように、プラズマシース電位への悪影響を低減するように制御される。
【0059】
［００６５］幾つかの実施形態では、電極２０８等の上部電極に印加されるＲＦ電力は、上部電極のＲＦ電力とペデスタル２１０のＲＦ電力のデューティサイクルが重ならないようにパルス化してペデスタル２１０に印加されるＲＦ電力と同期させることが可能である。その結果、プロセス領域２０１内の電気的バイアスは実質的に制限されず、プラズマシースバイアス電位による電子ビームの遅延が実質的に緩和される。
【0060】
［００６６］工程５４０において、電極にプラズマからのイオンが衝突する。幾つかの実施形態では、プラズマは、主に正の電荷を有し、電極２０８等の上部電極は、主に負の電荷を有する。プラズマからのイオンは、プロセス領域２０１で発生する電界の影響を受け、電極２０８等の上部電極に向かって加速されるイオンは、電極２０８等の上部電極を加熱する。上部電極は高二次電子放出係数を有する材料から形成されているため、電極２０８等の上部電極へのイオン衝撃により、電極２０８等の上部電極から電子が放出される。
【0061】
［００６７］工程５５０において、電極から放出された電子は、基板に向かって加速される。例えば、電極２０８等の上部電極から放出された電子は、基板２１１に向かって加速される。電極２０８等の上部電極の実質的に負の電荷に起因して、負に帯電した電子は、電極２０８等の上部電極によって、基板２１１に向かってはじき出される。幾つかの実施形態では、プラズマシース電圧電位は、更に、基板２１１に向かって電子を加速させるように機能する。電子がプラズマシース電圧によって加速されると、電子は、プラズマに入る際に約５０電子ボルト（ｅＶ）から約４０００ｅＶのエネルギーを獲得する。電極２０８等の上部電極から放出された電子は、大面積の二次電子ビームを発生させる。電子ビームは、基板２１１の直径にわたって実質的に均一であるエネルギー分布を有する。幾つかの実施形態では、電子ビームは、誘電体材料等の基板に接触して、誘電体材料を硬化させる。例えば、基板の誘電体材料等の材料は、電子ビームと接触すると硬化する。
【0062】
［００６８］幾つかの実施形態では、電子ビーム中の電子は、プロセスガスと反応して、基板２１１の表面に吸着する追加のラジカル及びイオンを更に発生させる。幾つかの実施形態では、吸着した材料は、基板の表面に化学反応性層を形成する。幾つかの実施形態では、電子ビームは、基板２１１の組成を変化させる。例えば、幾つかの実施形態では、基板２１１は、空気との接触により酸窒化物層を形成し得る誘電体材料を含む。例えば、水素含有窒化ケイ素は、問題として、酸窒化ケイ素等の酸窒化物層を形成する可能性があり、酸窒化ケイ素は、ＳｉＯｘＮｙ等のＳｉＯｘＮｙ；１≦ｘ≦２；及び１≦ｙ≦２として特徴付けられる。幾つかの実施形態では、ｘ（＝Ｏ／Ｓｉ）、及びｙ（＝Ｎ／Ｓｉ）である。実施形態では、酸窒化ケイ素は、ＳｉＯｘＮｙとして特徴付けられ、誘電体材料を硬化させる又は電子ビームと接触させると、ｘが減少しｙが増加する。例えば、硬化時に、ｘとｙの比は、本明細書に記載の硬化又は電子ビームとの接触前の酸窒化ケイ素と比較して１よりも大きくなるように変化する。幾つかの実施形態では、ｙとｘの原子比は、本開示によれば、硬化又は電子ビームとの接触時に１より大きくなるように変化する。幾つかの実施形態では、酸窒化ケイ素は、（ＳｉＯｘＮｙ）として特徴付けられ、誘電体材料を硬化させる、又は電子ビームと接触させることにより、酸素の原子濃度が低くなる、及び／又は窒素の原子濃度が高くなる。幾つかの実施形態では、（ＳｉＯｘＮｙ；ｘ＞ｙ）は、本開示による硬化又は電子ビームとの接触により（ＳｉＯｘＮｙ；ｙ＞ｘ）に変化する。幾つかの実施形態では、硬化中、誘電体材料は、０から５００℃、例えば１００から４００℃、又は２００から３００℃の温度に維持される。幾つかの実施形態では、硬化中、誘電体材料は、プロセスチャンバで約３から約１００ｍＴｏｒｒ、例えば１０ｍＴｏｒｒから７５ｍＴｏｒｒの圧力に維持される。幾つかの実施形態では、硬化中に、誘電体材料は、３０から５０００Ｗの量のバイアス電力を受ける。幾つかの実施形態では、本開示による硬化により、酸窒化ケイ素等の酸窒化物の形成が防止される。
【0063】
［００６９］幾つかの実施形態では、誘電体層を所望のように変化させるために、プロセスガスが予め選択される。例えば、プロセスガスは、ヘリウム（Ｈｅ）、アルゴン（Ａｒ）、水素（Ｈ２）、アンモニア（ＮＨ３）、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）、メタン（ＣＨ４）、アセチレン（Ｃ２Ｈ２）、三フッ化窒素（ＮＦ３）、テトラフルオロメタン（ＣＦ４）、六フッ化硫黄（ＳＦ６）、一酸化炭素（ＣＯ）、トリフルオロメタン（ＣＨＦ３）、塩素（Ｃｌ２）、臭化水素（ＨＢｒ）、窒素（Ｎ２）、酸素（Ｏ２）の１又は複数、及びこれらの組合せから選択され得る。実施形態では、誘電体層の窒素含有量を増加させるために、アンモニア（ＮＨ３）が使用される。実施形態では、誘電体層のシリコン含有量を増加させるために、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）が使用される。
【0064】
［００７０］実施形態では、基板２１１は、酸窒化物層等の誘電体材料層又は膜であり、酸素と窒素を含み得る酸窒化ケイ素を含み得る。本発明者らは、酸素の量が、ＦＣＶＤにより形成された膜等の堆積膜の安定性に悪影響を及ぼすことを見出した。幾つかの実施形態では、酸素と窒素の比が、半導体デバイス内の抵抗に影響を与える可能性がある。例えば、誘電体層中の窒素と比較して少量の酸素は、誘電体層の安定性を促進し、抵抗を低下させる。例えば、硬化時の所望の目標誘電体層材料は、シリコン及び窒素を含み得る、又はこれらを主成分とし得る。
【0065】
［００７１］幾つかの実施形態では、本明細書に記載の硬化プロセスは、インタコネクトデバイスを形成するのに有用であり、基板上に誘電体材料を堆積させることが流動性化学気相堆積（ＦＣＶＤ）プロセスにより実施される場合に有益である。したがって、本開示は、半導体デバイス、特に半導体チップの３次元（３Ｄ）積層用の高アスペクト比のトレンチ等の特徴に誘電体材料を堆積させることを含む。一実施形態では、堆積プロセスは、基板が配置された基板支持アセンブリに供給されるパルスモードのＲＦバイアス電力とともに、遠隔プラズマを使用し得る。幾つかの実施形態では、堆積プロセスは、チャンバ内ＲＦ源電力生成なしで実行される。遠隔で生成された遠隔プラズマ及びパルスＲＦバイアス電力は、基板からトレンチ内に充填される誘電体材料に対して良好な間隙充填能力を提供するために、必要に応じて同時に、交互に又は順次、処理チャンバの内部処理領域へ供給され得る。実施形態では、ＦＣＶＤを含む堆積プロセスは、図１の基板３０１等の基板を、図１に示す堆積処理チャンバ１００等の堆積プロセスチャンバに移送することによって開始される。基板３０１は、実質的に平面的な表面、凹凸のある表面、又はその上に形成された構造を有する実質的に平面的な表面を有し得る。図７Ａに示す実施形態では、基板３０１は、界面層７０２に配置されたパターニングされた材料層７０４を有する。一実施形態では、パターニングされた材料層７０４は、その中に形成された開口部７０８を含む。パターニングされた材料層７０４は、フロントエンドプロセス又はバックエンドプロセスにおけるゲート構造、コンタクト構造、相互接続構造、又は必要に応じて任意の適切な構造を形成するために利用され得る。一実施形態では、ＦＣＶＤ等の堆積プロセスをパターニングされた材料層７０４で実行して、そこにコンタクト構造を形成し得る。基板３０１は、結晶シリコン（例えば、Ｓｉ＜１００＞又はＳｉ＜１１１＞）、酸化ケイ素、歪みシリコン、シリコンゲルマニウム、ドープされた又はドープされていないポリシリコン、ドープされた又はドープされていないシリコンウエハ及びパターニングされた又はパターニングされていないウエハ、シリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）、炭素ドープされた酸化ケイ素、窒化ケイ素、ドープされたシリコン、ゲルマニウム、ヒ化ガリウム、ガラス、サファイヤ等の材料であり得る。基板３０１は、２００ｍｍ、３００ｍｍ、４５０ｍｍ又は他の直径のウエハ等の様々な寸法、ならびに、長方形又は正方形のパネルを有し得る。特に断らない限り、本明細書に記載の実施形態及び例は、２００ｍｍの直径、３００ｍｍの直径、又は４５０ｍｍの直径を有する基板で実施される。基板３０１にＳＯＩ構造が利用される実施形態では、基板３０１は、シリコン結晶基板に配置された埋込み型誘電体層を含み得る。本明細書に記載の実施形態では、基板３０１は、結晶シリコン基板であり得る。
【0066】
［００７２］一実施形態では、界面層７０２は、誘電体層であってよい。パターニングされた材料層７０４は、そこに誘電体材料を堆積させるために界面層７０２の部分７１０を露出させる開口部７０８を有する。本明細書に記載の開口部７０８は、トレンチ、ビア、開口部等を含み得る。一実施形態では、パターニングされた材料層７０４は、金属含有材料、シリコン含有材料、炭素含有材料、又は他の適切な材料であってよい。金属含有材料の好適な例としては、銅含有材料、アルミニウム含有材料、ニッケル含有材料、タングステン含有材料、又は他の金属含有材料が挙げられる。好適なシリコン含有材料には、シリコン、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素、及びそれらの組み合わせが含まれる。好適な炭素含有材料には、炭化ケイ素、アモルファスカーボン等が含まれる。本明細書に記載の例示的な実施形態では、パターニングされた材料層７０４は、シリコン層である。
【0067】
［００７３］界面層７０２は、必要に応じて、誘電体酸化物層、又は誘電体窒化物層等の誘電体層であってよい。界面層７０２は、複数層、複合層、又は単層を含み得る。誘電体層に適した他の材料としては、酸化ケイ素又はＴＥＯＳ等のドープされていないシリコンガラス（ＵＳＧ）、ホウ素－ケイ酸塩ガラス（ＢＳＧ）、リン－ケイ酸塩ガラス（ＰＳＧ）、ホウ素－リン－ケイ酸塩ガラス（ＢＰＳＧ）、窒化ケイ素、アモルファスシリコン及びそれらの組合せが挙げられる。
【0068】
［００７４］一実施形態では、図７Ａに示すように、パターニングされた材料層７０４は、界面層７０２の部分７１０を露出させるために所定の深さにパターニングされ得る。材料層７０４は、任意の適切なパターニングプロセスでエッチング又はパターニングされ得る。パターニングされた材料層７０４は、処理チャンバに印加される所定のＲＦ電力レベルとともに処理チャンバにガス混合物を供給することによってパターニングされ得る。
【0069】
［００７５］実施形態では、図１の堆積処理チャンバ１００等の処理チャンバに堆積ガス混合物を供給して、開口部７０８に誘電体材料７０６（図７Ｂに示す）を形成する堆積プロセスを実行する。堆積処理チャンバ１００に供給されるガス混合物は、開口部７０８に形成され充填される異なる種類の材料に基づいて変更され得る。一例では、形成されるべき誘電体材料７０６が窒化ケイ素層であることが所望される場合、供給される堆積ガス混合物は、少なくとも１つのシリコン含有ガス、窒素含有ガス、又はオプションの不活性ガスを含む。別の例では、形成されるべき誘電体材料７０６が酸化ケイ素層であることが所望される場合、供給される堆積ガス混合物は、少なくとも１つのシリコン含有ガス、酸素含有ガス、又はオプションの不活性ガスを含む。別の例では、形成されるべき誘電体材料７０６が炭化ケイ素層であることが所望される場合、供給される堆積ガス混合物は、少なくとも１つのシリコン含有ガス、炭素含有ガス、又はオプションの不活性ガスを含む。更に別の例では、形成されるべき誘電体材料７０６が炭化物層であることが所望される場合、供給される堆積ガス混合物は、少なくとも１つの炭素含有ガス、又はオプションの不活性ガスを含む。
【0070】
［００７６］シリコン含有ガスの好適な例としては、シラン（ＳｉＨ４）、テトラエチルオルトケイ酸塩（ＴＥＯＳ）、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）等が挙げられる。窒素含有ガスの好適な例としては、窒素（Ｎ２）、アンモニア（ＮＨ３）、亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）、二酸化窒素（ＮＯ２）等が挙げられる。酸素含有ガスの好適な例としては、過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）、水（Ｈ２Ｏ）、酸素（Ｏ２）、オゾン（Ｏ３）等が挙げられる。炭素含有ガスの好適な例としては、ＣＯ２、炭化水素ガス（メタン（ＣＨ４）及びエタン（Ｃ２Ｈ６）等）等が挙げられる。不活性ガスの好適な例としては、ヘリウム（Ｈｅ）、アルゴン（Ａｒ）等が挙げられる。
【0071】
［００７７］幾つかの例では、窒素（Ｎ２）、水素（Ｈ２）等のキャリアガスも、堆積ガス混合物中に必要に応じて供給することができる。
【0072】
［００７８］一例では、堆積ガス混合物は、シリコン含有ガス、窒素又は炭素含有ガス、及びアルゴン（Ａｒ）、又は水素（Ｈ２）ガスを含む。一具体例では、堆積ガス混合物は、誘電体材料７０６として窒化ケイ素層を堆積させるためのシラン（ＳｉＨ４）、アルゴン（Ａｒ）又はヘリウム（Ｈｅ）、アンモニア（ＮＨ３）、水素（Ｈ２）又は窒素（Ｎ２）、又はそれらの組み合わせを含む。別の具体例では、堆積ガス混合物は、誘電体材料７０６として炭化ケイ素層を堆積させるために、ＳｉＨ４、Ａｒ又はＨｅ、ＣＨ４又はＣＯ２、Ｈ２又はＮ２を含む。更に別の具体例では、堆積ガス混合物は、誘電体材料７０６として酸化ケイ素層を堆積させるために、ＳｉＨ４、Ａｒ又はＨｅ、Ｏ２又はＮＯ２を含む。
【0073】
［００７９］一実施形態では、シリコン含有ガスは、容量で約３０ｓｃｃｍから約５００ｓｃｃｍの流量に制御される。酸素、炭素、又は窒素含有ガスは、容量で約５０ｓｃｃｍから約２０００ｓｃｃｍの流量に制御される。アルゴン（Ａｒ）又はヘリウム（Ｈｅ）ガスは、容量で約２５０ｓｃｃｍから約２０００ｓｃｃｍの流量に制御される。
【0074】
［００８０］一実施形態では、堆積ガス混合物からのガスの一部は、ガス源１０６から遠隔プラズマ源１０４を通って内部処理領域１５１に供給され、ガスの一部は、シャワーヘッド１１８の周りに横方向に形成された流体源１１９等の堆積処理チャンバ１００の側面を通って、内部処理領域１５１に供給され得る。幾つかの例では、シリコン含有ガス等の堆積ガス混合物からの第１のガス（例えば、反応性前駆体）が堆積処理チャンバ１００の側面（例えば、流体源１１９）から供給され、堆積ガス混合物からの第２のガス（例えば、キャリアガス、不活性ガス、炭素又は窒素含有ガス又は他のガス）がガス源１０６から遠隔プラズマ源１０４を通って内部処理領域１５１へ供給される。一実施例では、第１のガスは流体源１１９から処理チャンバに供給されるＳｉＨ４ガスであり、第２のガスはガス源１０６から遠隔プラズマ源１０４を通って内部処理領域１５１に供給されるＡｒ、Ｈｅ、ＮＨ３、Ｈ２、Ｎ２、又はそれらの組み合わせのうちの少なくとも１つである。
【0075】
［００８１］実施形態では、堆積ガス混合物が図１の処理チャンバに供給された後、遠隔プラズマ源１０４に遠隔プラズマ源電力が印加されて、遠隔プラズマ源１０４から内部処理領域１５１に送達されるべき遠隔プラズマが生成される。幾つかの実施形態では、遠隔解離ガス及び／又は他のガスは、高エネルギーであるが比較的低密度のガスラジカルを提供し得るシャワーヘッドに印加される従来のチャンバ内ＲＦ源電力と比較して、高密度及び低エネルギーの原子種を提供する。したがって、特定の活性ガス種を有する遠隔プラズマ源を、側面、例えば流体源１１９から供給されるガスと共に利用することによって、比較的低エネルギーの原子種を有する高密度ガス種が、次に、図７Ｂに示すように、基板３０１に誘電体材料７０６を形成するために内部処理領域１５１に供給される。幾つかの実施形態では、遠隔プラズマ源からの原子ガス種は、より高度な反応性を有し、側面から、例えば、流体源１１９から供給される反応ガス前駆体と、より効率的に、ゆっくりと、かつ徹底的に反応し得るので、パターニングされた材料層７０４に画定された開口部７０８に誘電体材料７０６を充填するための良好な間隙充填能力が得られる。
【0076】
［００８２］実施形態では、図１の処理チャンバに導入される各ガスの量は、例えば、開口部７０８に形成される誘電体材料７０６の厚さ（例えば、開口部７０８の高さ又は形状）に応じて変更及び調整され得る。１又は複数の実施形態では、遠隔プラズマ源１０４から供給されるガスは、ある比率を有し得る。例えば、窒素又は炭素含有ガスとＡｒガスの比は、容量で約０．２：１から約２：１に制御され得る。
【0077】
［００８３］一例では、約１０００ワットから約１００００ワット、例えば約５００ワットから約３０００ワットの遠隔ＲＦ源電力が、遠隔プラズマ源１０４に供給され、内部処理領域１５１に送達されるべき遠隔プラズマを生成する。幾つかの実施形態では、マイクロ波エネルギーは、本明細書における使用に適している。電力が遠隔プラズマ源１０４へ印加される周波数は、４００ｋＨｚ前後である。周波数は、約５０ｋＨｚから約２．４５ＧＨｚの範囲であり得る。基板温度は、約－２０℃から約２００℃、例えば、約２０℃から約９０℃に維持される。
【0078】
［００８４］幾つかの堆積の実施形態では、遠隔プラズマ源１０４から内部処理領域１５１に遠隔プラズマを供給する間、パルスＲＦバイアス電力を基板支持部材１５２に印加して、基板支持部材１５２に配置された基板３０１にＲＦバイアス電力を生成し得る。幾つかの実施形態では、基板支持部材１５２に生成されたＲＦバイアス電力は、堆積プロセス中に内部処理領域１５１のプラズマに方向性を与える助けとして利用される。幾つかの実施形態では、ＲＦバイアス電力は、必要に応じて６０ＭＨｚ及び／又は２ＭＨｚで提供され得る。ある特定の実施形態では、ＲＦバイアス電力は、６０ＭＨｚで、２ＭＨｚで、又は４００ＫＨｚで提供される。
【0079】
［００８５］幾つかの実施形態では、ＲＦバイアス電力は、パルスモードで基板支持部材１５２に供給され得る。幾つかの実施形態では、パルスモードで供給されるＲＦバイアス電力は、反応種が比較的穏やかなエネルギーレベルで基板３０１に向かって加速され得るように、基板支持アセンブリに配置された基板３０１に比較的穏やかなＲＦ電力レベルを提供し得る。基板支持部材１５２に供給されるＲＦバイアス電力は、遠隔プラズマ源１０４から供給される遠隔プラズマ電力と同時、並行、別々、交互、又は順次であってよい。
【0080】
［００８６］誘電体材料７０６の形成の際に、誘電体材料７０６等の誘電体材料を安定させるために、ワークピースを図２又は図３のプロセスチャンバに移動して、硬化又は変質させ得る。ここで、図６を参照すると、図６は、工程６１０において、誘電体材料を硬化させるのに十分な条件下で誘電体材料を電子ビームに接触させることを含む、誘電体層を硬化させるための方法６００の工程を示すフロー図である。幾つかの実施形態では、誘電体材料を硬化させるのに十分な条件は、図５に関して上述したものと同じ条件を含む。例えば、本開示の実施形態により誘電体層を硬化させるために、図２の電子ビーム処理チャンバ２００のプロセス領域２０１等の電子ビーム処理チャンバのプロセス領域にプロセスガスが供給される。様々なプロセスガス、例えば、ヘリウム（Ｈｅ）、アルゴン（Ａｒ）、水素（Ｈ２）、アンモニア（ＮＨ３）、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）、メタン（ＣＨ４）、アセチレン（Ｃ２Ｈ２）、三フッ化窒素（ＮＦ３）、テトラフルオロメタン（ＣＦ４）、六フッ化硫黄（ＳＦ６）、一酸化炭素（ＣＯ）、トリフルオロメタン（ＣＨＦ３）、塩素（Ｃｌ２）、臭化水素（ＨＢｒ）、窒素（Ｎ２）、酸素（Ｏ２）の１又は複数、及びそれらの組み合わせを含むプロセスガスが、供給部２３８から上部ガスインジェクタ２３０、２３４を通してプロセス領域２０１に供給される。一実施形態では、不活性ガスもプロセス領域２０１に供給される。幾つかの実施形態では、不活性ガスは、上部ガスインジェクタ２３０を通して供給される。図２に関しては図示していないが、別の実施形態では、不活性ガスは、電極２０８等の上部電極を通して供給される。不活性ガスを注入することによって、反応種の逆拡散の確率を低減することができ、プロセス領域に形成されるプラズマの完全性がより良好に維持され得る。
【0081】
［００８７］幾つかの硬化の実施形態では、プロセス領域に配置された電極に低周波ＲＦ電力が供給される。実施形態では、電極は、プロセス領域に配置された高二次電子放出係数材料から形成される。一実施形態では、約２ＭＨｚ又は約１３．５６ＭＨｚの周波数を有するＲＦ電力が、電極２０８等の上部電極に印加される。一実施形態では、ＲＦ電力は、パルス方式で電極２０８等の上部電極に印加される。低周波ＲＦ電力を利用することにより、高いシース電圧を有するプラズマを生成することができ、これにより、電極２０８等の上部電極から続いて放出される電子の加速が促進される。
【0082】
［００８８］一実施形態では、硬化中、ペデスタル２１０は、接地電位に維持される。別の実施形態では、低周波ＲＦ電力が、ペデスタル２１０に印加される。幾つかの実施形態では、ペデスタル２１０に印加されるＲＦ電力は、電極２０８に印加されるＲＦ電力と並行である。あるいは、ペデスタル２１０に印加されるＲＦ電力は、電極２０８にＲＦ電力が実質的に印加されていないときに供給される。ＲＦ電力がペデスタル２１０に印加される実施形態では、ＲＦ電力は、電子ビームが基板２１１に到達するのを遅延させないために、プラズマシース電位への悪影響を低減するように制御される。
【0083】
［００８９］幾つかの実施形態では、電極２０８等の上部電極に印加されるＲＦ電力は、上部電極のＲＦ電力とペデスタル２１０のＲＦ電力のデューティサイクルが重ならないようにパルス化することによってペデスタル２１０に印加されるＲＦ電力と同期させることが可能である。その結果、プロセス領域２０１内の電気的バイアスは実質的に制限されず、プラズマシースバイアス電位による電子ビームの遅延が実質的に緩和される。
【0084】
［００９０］幾つかの実施形態では、電極にプラズマからのイオンが衝突する。幾つかの実施形態では、プラズマは、主に正の電荷を有し、電極２０８等の上部電極は、主に負の電荷を有する。プラズマからのイオンは、プロセス領域２０１で発生する電界の影響を受け、電極２０８等の上部電極に向かって加速されるイオンは、電極２０８等の上部電極を加熱する。上部電極は高二次電子放出係数を有する材料から形成されているため、電極２０８等の上部電極へのイオン衝撃により、電極２０８等の上部電極から電子が放出される。
【0085】
［００９１］幾つかの実施形態では、電極から放出された電子は、基板に向かって加速される。例えば、電極２０８等の上部電極から放出された電子は、基板２１１に向かって加速される。電極２０８等の上部電極の実質的に負の電荷に起因して、負に帯電した電子は、電極２０８等の上部電極によって、基板２１１に向かってはじき出される。幾つかの実施形態では、プラズマシース電圧電位は、更に、基板２１１に向かって電子を加速させるように機能する。電子がプラズマシース電圧によって加速されると、電子は、プラズマに入る際に約５０電子ボルト（ｅＶ）から約４，０００ｅＶのエネルギーを獲得する。電極２０８等の上部電極から放出された電子は、大面積の二次電子ビームを発生させる。電子ビームは、基板２１１の直径にわたって実質的に均一なエネルギー分布を有する。
【0086】
［００９２］幾つかの実施形態では、誘電体材料の温度は、本開示の硬化プロセスを通じて０から５００℃である。幾つかの実施形態では、誘電体材料は、例えば３から１００ｍＴｏｒｒ等のプロセスチャンバの圧力に維持される。幾つかの実施形態では、本開示による硬化中、３０から５０００Ｗの量のバイアス電力が誘電体材料に印加される。
【0087】
［００９３］幾つかの実施形態では、本開示は、誘電体材料を硬化させるのに十分な条件下で電子ビームと接触させることを含む誘電体層を硬化させる方法を含む。幾つかの実施形態では、誘電体材料は、酸窒化物層である。幾つかの実施形態では、酸窒化物層は、酸窒化ケイ素膜である。幾つかの実施形態では、誘電体材料を硬化させることにより、酸窒化ケイ素膜の酸素含有量を減少させ、酸窒化ケイ素膜の窒素含有量を増加させる。幾つかの実施形態では、硬化時に、窒素と酸素の比は１より大きい。幾つかの実施形態では、誘電体材料の温度は、０から５００℃である。幾つかの実施形態では、誘電体材料は、３から１００ｍＴｏｒｒの圧力を有するプロセスチャンバ内に配置される。幾つかの実施形態では、反応から電子ビームを形成することは、ヘリウム（Ｈｅ）、アルゴン（Ａｒ）、水素（Ｈ２）、アンモニア（ＮＨ３）、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）、メタン（ＣＨ４）、アセチレン（Ｃ２Ｈ２）、三フッ化窒素（ＮＦ３）、テトラフルオロメタン（ＣＦ４）、六フッ化硫黄（ＳＦ６）、一酸化炭素（ＣＯ）、トリフルオロメタン（ＣＨＦ３）、塩素（Ｃｌ２）、臭化水素（ＨＢｒ）、窒素（Ｎ２）、酸素（Ｏ２）の１又は複数、及びそれらの組み合わせを含むプロセスガスを含む。幾つかの実施形態では、硬化は、３０から５０００Ｗの量のバイアス電力を誘電体材料に供給することを更に含む。
【0088】
［００９４］幾つかの実施形態では、堆積後電子ビーム硬化は、例えば誘電体材料の膜組成及び安定性を改善する。幾つかの実施形態では、窒素雰囲気での堆積後電子ビーム硬化は、Ｎ：Ｓｉ比を少なくとも２倍増加させ、酸素含有量を少なくとも２倍減少させ、誘電体材料の水分吸収を減少させ又は排除し、バルク膜組成物を変換するのに適している。
【0089】
［００９５］実施形態では、１又は複数のコントローラは、堆積処理チャンバ１００、電子ビーム処理チャンバ２００単独で又は統合システム４００及び支援システムと組み合わせて、直接（図示せず）又は代替的に、処理チャンバ及び／又は支援システムに関連するコンピュータ（又はコントローラ）を介して結合され得る。実施形態では、コントローラは、様々なチャンバ及びサブプロセッサを制御するために産業環境で使用することができる任意の形式の汎用コンピュータプロセッサの１つであってよい。ＣＰＵのメモリ、又はコンピュータ可読媒体は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）、フロッピーディスク、ハードディスク、又はデジタルストレージの任意の他の形態、ローカル又はリモート等の容易に利用できるメモリのうちの１又は複数を含み得る。実施形態では、支援回路は、従来の方法でプロセッサを支援するためにＣＰＵに結合される。これらの回路は、キャッシュ、電源、クロック回路、入力／出力回路及びサブシステム等を含む。
【0090】
［００９６］幾つかの実施形態では、本開示は、実行されると、プロセスチャンバのプロセス領域にプロセスガスを供給することと、プロセス領域に配置された高二次電子放出係数材料から形成された電極にＲＦ電力を印加することと、プロセス領域にイオンを含むプラズマを生成することと、電極に電子を放出させ電子ビームを形成するために、電極にイオンを衝突させることと、誘電体材料を硬化させるために、誘電体材料を電子ビームと接触させることとを含む、集積回路構造を形成する方法を実行させる記憶された命令を有する非一過性コンピュータ可読媒体に関する。
【0091】
［００９７］幾つかの実施形態では、本開示は、実行されると、プロセスチャンバのプロセス領域にプロセスガスを供給することと、プロセス領域に配置された高二次電子放出係数材料から形成された電極にＲＦ電力を印加することと、プロセス領域にイオンを含むプラズマを生成することと、電極に電子を放出させ電子ビームを形成するために、電極にイオンを衝突させることと、誘電体材料を硬化させるために、誘電体材料を電子ビームと接触させることとを含む、誘電体材料を硬化させる方法を実行させる記憶された命令を有する非一過性コンピュータ可読媒体に関する。幾つかの実施形態では、誘電体材料は、ＳｉＮ、又は化学気相堆積の生成物に水素を組み込んだＳｉＮ等の流動性化学気相堆積の生成物である。
【0092】
［００９８］幾つかの実施形態では、本開示は、実行されると、誘電体材料を硬化させるのに十分な条件下で誘電体材料を電子ビームと接触させることを含む、誘電体層を硬化させる方法を実行させる命令が記憶された非一過性コンピュータ可読媒体に関する。幾つかの実施形態では、誘電体材料は、ＳｉＮ、又は化学気相堆積の生成物に水素を組み込んだＳｉＮ等の流動性化学気相堆積の生成物である。
【0093】
［００９９］以上は本開示の実施形態を対象としたものであるが、その基本的な範囲から逸脱することなく、本開示の他の及び更なる実施形態を考案することが可能である。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7A-7B】